Los ingenieros biomédicos de Johns Hopkins informan que han encontrado una forma no invasiva de liberar y administrar cantidades concentradas de un fármaco al cerebro de las ratas de forma temporal. de manera localizada mediante ultrasonido. El método primero "enjaula" una droga dentro de una pequeña, nanopartículas biodegradables, "luego activa su liberación a través de ondas de sonido dirigidas con precisión, como los que se utilizan para crear imágenes de órganos internos de forma indolora y no invasiva.

Debido a que la mayoría de las drogas psicoactivas podrían administrarse de esta manera, así como muchos otros tipos de drogas, los investigadores dicen que su método tiene el potencial de hacer avanzar muchas terapias y estudios de investigación dentro y fuera del cerebro.

También dicen que su método debería minimizar los efectos secundarios de un fármaco porque la liberación del fármaco se concentra en un área pequeña del cuerpo. por lo que la cantidad total de fármaco administrada puede ser mucho menor. Y debido a que los componentes individuales de la tecnología, incluido el uso de biomateriales específicos, ultrasonido y medicamentos aprobados por la FDA:ya se han probado en personas y se ha determinado que son seguros, los investigadores creen que su método podría ponerse en uso clínico más rápido de lo habitual:esperan comenzar el proceso de aprobación regulatoria dentro de los próximos dos años.

"Si las pruebas adicionales de nuestro método de combinación funcionan en humanos, No solo nos dará una forma de dirigir los medicamentos a áreas específicas del cerebro, pero también nos permitirá aprender mucho más sobre la función de cada área del cerebro, "dice Jordan Green, Doctor., profesor asociado de ingeniería biomédica, quien también es miembro del Centro de Cáncer Kimmel y del Instituto de Nanobiotecnología.

Los detalles de la investigación se publican el 23 de enero en la revista Nano letras .

La nueva investigación, Green dice:fue diseñado para avanzar aún más en los medios de llevar los medicamentos de forma segura al cerebro, un órgano delicado y desafiante de tratar. Para protegerse de los agentes infecciosos y de la hinchazón que puede causar el sistema inmunológico, por ejemplo, el cerebro está rodeado por una valla molecular, llamada barrera hematoencefálica (BBB), que recubre la superficie de cada vaso sanguíneo que alimenta al cerebro. Solo las moléculas de fármaco muy pequeñas que se disuelven en aceite pueden atravesar la cerca, junto con los gases. Debido a esto, La mayoría de los medicamentos desarrollados para tratar trastornos cerebrales cumplen con esos criterios, pero se encuentran dispersos en todas las partes del cerebro y en el resto del cuerpo. donde pueden ser innecesarios y no deseados.

Raag Airan, MARYLAND., Doctor., profesor asistente de radiología en el Centro Médico de la Universidad de Stanford y coautor del artículo, dice:"Al trabajar con un paciente que padece un trastorno de estrés postraumático, por ejemplo, Sería bueno silenciar la parte hiperactiva del cerebro, por ejemplo, la amígdala — durante las sesiones de terapia de conversación. Las tecnologías actuales pueden, en el mejor de los casos, silenciar la mitad del cerebro a la vez, por lo que son demasiado inespecíficos para ser útiles en este entorno ".

En el nuevo estudio, los investigadores siguieron el ejemplo del uso anterior de nanopartículas y ultrasonido para administrar fármacos quimioterapéuticos a los tumores debajo de la piel. En sus últimos experimentos, El grupo de Green diseñó nanopartículas con una "jaula" exterior expansible hecha de un plástico biodegradable, cuyos componentes moleculares son amantes del aceite en un extremo y amantes del agua en el otro. Los extremos amantes del aceite se adhieren y forman una esfera expansible con los extremos amantes del agua en el exterior. Los extremos amantes del aceite unen la droga para ser entregada, que en este caso fue propofol, un anestésico que se usa comúnmente para tratar las convulsiones en las personas.

El centro de la jaula se llenó con perfluoropentano líquido. Cuando las ondas sonoras del ultrasonido, que se transmiten de forma no invasiva a través del cuero cabelludo y el cráneo con dispositivos aprobados por la FDA, golpean el perfluoropentano en el centro de las nanopartículas, el líquido se transforma en gas, expandiendo la jaula circundante y dejando escapar el propofol.

Antes de probar su idea en animales, Green y sus colegas afinaron su protocolo de ultrasonido probando nanopartículas en tubos de plástico, buscando identificar pulsos de la potencia y frecuencia correctas para liberar cantidades adecuadas de la droga sin ser lo suficientemente fuerte como para dañar la BBB, un efecto conocido de los ultrasonidos de alta potencia.

También probaron la distribución de las nanopartículas en ratas agregando un tinte fluorescente a las partículas y midiendo la cantidad de tinte que se encuentra en muestras de sangre y órganos a lo largo del tiempo. La mayoría de las partículas terminaron en el bazo y el hígado, que son importantes órganos de mantenimiento del cuerpo. Como se esperaba, no se encontraron partículas en el cerebro porque son demasiado grandes para pasar a través de la BBB. En lugar de, los investigadores confiaban en la propia capacidad del propofol para atravesar la BBB una vez que se libera localmente de las nanopartículas.

Para ver si su método podría proporcionar alivio médico a los animales vivos, luego le dieron a las ratas un medicamento que causa convulsiones, seguido de las nanopartículas cargadas de propofol. Utilizaron resonancia magnética para guiar su aplicación del ultrasonido al cerebro de la rata y así liberar el fármaco de las nanopartículas que flotan a través de los vasos sanguíneos que se infiltran. Tan pronto como aplicaron el ultrasonido, la actividad convulsiva de las ratas se calmó.

"Estos experimentos muestran la eficacia de este método para manipular la función de las células cerebrales mediante la administración precisa de fármacos, "dice Green". En los seres humanos, Las máquinas de ultrasonido pueden apuntar a un volumen tan pequeño como unos pocos milímetros cúbicos, menos de una diezmilésima parte del cerebro ".

Airan, que estaba haciendo su beca y residencia en el Hospital Johns Hopkins durante el estudio, dice que uno de los más prometedores, Las aplicaciones inmediatas de la nueva tecnología podrían ser para el "mapeo cerebral" requerido antes de muchas neurocirugías. Antes de que un cirujano corte el cerebro para extirpar un tumor, por ejemplo, él o ella necesita saber dónde no cortar. "En la actualidad, que requiere mantener despierto al paciente, mientras que el cirujano expone el cerebro y lo sondea con electrodos mientras evalúa las respuestas. El método de ultrasonido nos permitiría usar un medicamento como el propofol para 'apagar' brevemente áreas específicas del cerebro una a la vez, antes de la cirugía, con nada más invasivo que un pinchazo de aguja, " él dice.

Porque el ultrasonido, La resonancia magnética y cada componente de las nanopartículas han sido aprobados para otros usos en humanos, los investigadores esperan un plazo breve para hacer llegar su idea a los pacientes, pero reconocen que sus aplicaciones estarán algo limitadas por el costo y la accesibilidad de las imágenes por resonancia magnética, al menos a corto plazo.

"Nuestro modelo actual requiere imágenes del cerebro en tiempo real mientras se aplica el ultrasonido, "dice Airan." Basado en procedimientos similares que ya hago, que podría costar hasta $ 30, 000 a $ 50, 000. Pero estamos trabajando en un software que nos permitiría sincronizar una sola imagen de resonancia magnética con el sistema de guía por ultrasonido para reducir el costo de manera significativa ".

Mientras tanto, los investigadores creen que seguirá siendo clínicamente relevante en muchas situaciones en las que se sabe que los efectos de un fármaco duran semanas. También esperan que se use ampliamente en la investigación del cerebro para estudiar y manipular la función de áreas específicas del cerebro de manera controlada.